JPH11128940A

JPH11128940A - 水電気分解装置及び水電気分解方法

Info

Publication number: JPH11128940A
Application number: JP9299016A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sano; 洋一佐野
Original assignee: FIRST OCEAN KK
Current assignee: FIRST OCEAN KK
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】酸性水或はアルカリ水のみを簡単な装置で効率
良く製造できる水電気分解装置及び水電気分解方法を提
供するを提供する。【解決手段】電解質水溶液を収納した貯槽１０と、該貯
槽内に配置した電極７と、該貯槽内の電解質水溶液と外
側壁が接するように配置した電解槽ａとからなる水電気
分解装置であって、該電解槽は壁面の全部又は一部が電
極板３で構成され、この電極板３は外側から順にシート
状の隔膜５、多数の孔９を有するシート状の非導電性材
料８及び多数の孔６を有するシート状の電極４を積層し
た電極板であり、且つ非導電性材料と電極板の孔とは貫
通していることを特徴とする水電気分解装置である。上
記の隔膜が陰イオン交換膜又は陽イオン交換膜であって
もよい。またシート状の非導電性材料８は省略してもよ
い。電解槽ａに電気分解すべき水を通水し、電極４、７
に直流電流を流して電気分解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電気分解により、
殺菌力の強い酸性水やアルカリ性水又は飲料に適する弱
アルカリ性水を製造するための水電気分解装置、及びこ
の水電気分解装置を用いて水を電気分解する方法に関す
る。

【０００２】

【従来技術】近年、水を電気分解して得られる強酸性で
高い酸化還元電位を呈する水や、強アルカリ性で低い酸
化還元電位を呈する水は、大腸菌等に対して強力な殺菌
効果を有する点で大いに注目されている。また、弱アル
カリ性の水は、飲んで美味しく、活性酸素を含まないた
め、飲料に適するアルカリイオン水として市販されてい
る。従来、これらの水は、陰極及び陽極となる電極の中
間に隔膜を配置した構造の水電気分解装置を用いて水を
電気分解することにより製造されている。この水電気分
解装置を用いて水を電気分解する場合、酸性あるいはア
ルカリ性の水を得ようとするとき、電気分解の原理で、
目的とは反対の性質を有する水も製造されることにな
る。すなわち、酸性水を得ようとすると、アルカリ水が
同時に製造されるし、逆も同じである。

【０００３】従来の方法の電解槽の構造は、隔膜で仕切
って２つの部屋を設け、それぞれの部屋に電極を設置す
る方法であるために、目的の水例えば酸性水を一方の部
屋で製造すると、反対側の部屋には反対の水質の水例え
ばアルカリ水が製造される。更に、従来の方法では、電
気分解の際に電解質を添加する場合には、この電解質を
電解槽に供給する原水に添加するので、両方の部屋に入
る水質は同一であるため、電解槽の容積は目的とする水
例えば酸性水についても、目的としない水例えばアルカ
リについてもほぼ同じにする必要があり、またそれぞれ
の水の製造量もほぼ同程度になる。したがって、電解槽
の設計上、目的とする水の倍以上の電解槽容積が必要
で、目的以外の水の循環装置が必要となり、構造が複雑
になつて製造コストがかさむし、更に目的以外の不要な
水を排水するなり、或は利用手段を講じる処理に余計な
手間がかかる問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決すべく、目的の性質を持った水例えば酸性水或
はアルカリ水のみを簡単な装置で効率良く製造できる水
電気分解装置及び水電気分解方法を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成させるべく、水を電気分解してｐＨや酸化還元電
位を変化させて、酸性で酸化還元電位がプラスを呈する
水、或はアルカリ性で酸化還元電位がマイナスを呈する
水を製造する装置について種々究明した結果、電解槽を
隔膜で仕切って電気分解し、ほぼ同量の酸性やアルカリ
水を製造する従来の方式とは異なり、電極と隔膜とを装
着した電解槽及びこれに接する電解質水溶液及び該電解
質水溶液中に配置した電極とを利用して電解槽中の水を
電気分解する方式によって、目的の性質を持った水のみ
を、電解質水溶液中に電解質が存在する間は、製造でき
ることを知見し、本発明を完成した。

【０００６】すなわち、本発明は、電解質水溶液を収納
した貯槽と、該貯槽内に配置した電極と、該貯槽内の電
解質水溶液と外側壁が接するように配置した電解槽とか
らなる水電気分解装置であって、該電解槽は壁面の全部
又は一部が電極板で構成され、この電極板は外側から順
にシート状の隔膜と多数の孔を有するシート状の電極を
積層した電極板であることを特徴とする水電気分解装置
である〔請求項１〕。電解質水溶液を収納した貯槽と、
該貯槽内に配置した電極と、該貯槽内の電解質水溶液と
外側壁が接するように配置した電解槽とからなる水電気
分解装置であって、該電解槽は壁面の全部又は一部が電
極板で構成され、この電極板は外側から順にシート状の
隔膜、多数の孔を有するシート状の非導電性材料及び多
数の孔を有するシート状の電極を積層した電極板であ
り、且つ非導電性材料と電極板の孔とは貫通しているこ
とを特徴とする水電気分解装置である〔請求項２〕。ま
た本発明は、上記の隔膜が陰イオン交換膜であることを
特徴とする水電気分解装置である〔請求項３〕。また本
発明は、上記の隔膜が陽イオン交換膜であることを特徴
とする水電気分解装置である〔請求項４〕。また、上記
の電解槽を上記の貯槽内に２個以上配置してもよい。

【０００７】更に本発明は、上記の請求項１又は２記載
の水電気分解装置の電解槽の中に電気分解すべき水を通
水し、電解槽を構成する電極板の電極と貯槽内に配置し
た電極に直流電圧を印荷し、電流を流すことを特徴とす
る水電気分解方法である〔請求項５〕。また本発明は、
上記の請求項３記載の水電気分解装置の電解槽の中に電
気分解すべき水を通水し、電解槽を構成する電極板の電
極を陽極とし、貯槽内に配置した電極を陰極として直流
電圧を印荷し、電流を流すことを特徴とする水電気分解
方法である〔請求項６〕。また本発明は、上記の請求項
４記載の水電気分解装置の電解槽の中に電気分解すべき
水を通水し、電解槽を構成する電極板の電極を陰極と
し、貯槽内に配置した電極を陽極として直流電圧を印荷
し、電流を流すことを特徴とする水電気分解方法である
〔請求項７〕。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、請求項１及び２記載の発明
について説明する。図１の（イ）図は、請求項１発明の
水電気分解装置の電解槽の一例の概略図である。１０は
電解質水溶液１１を収納した貯槽である。ａは電解槽で
あり、３は電解槽の一部を構成する電極板である。図１
の（ロ）図は、この電極板３の一部拡大断面図である。
電極３は、シート状の隔膜５、多数の孔９を有するシー
ト状の非導電性材料８、及び多数の孔６を穿設したシー
ト状の電極４の積層体である。７は電極である。そして
この電解槽ａと電極７は、電解質水溶液１１を満たした
貯槽１０の中に配置されている。したがって、電解槽ａ
の外側壁は電解質水溶液と接した状態にある。電解槽ａ
内には電気分解すべき水１２が満たされる。この電解槽
ａ内の電気分解されるべき水は、バッチ式でもよいが、
通水式にして連続的に供給し、連続的に排水させるよう
にするのが好ましい。この例では水１２は、入口１５か
ら入り、電気分解されて排出口１６から排出され、連続
的に所望の性質の酸性水、アルカリ水を得ることができ
る。電極７は棒状でも、板状でもよい。また、この電極
７はシート状にして隔膜の外側に、隔膜に沿って配置し
てもよい。上記の電解槽ａは貯槽内に２個以上設けても
よい。

【０００９】図２は上記の電解槽ａの断面図である。こ
の電解槽ａは円筒状である。１は電解槽ａの一端部、２
は電解槽ａの他端部で、これら１、２の部分は合成樹脂
製が好ましい。３は電解槽ａの中間部の壁面を構成する
電極板である。この電極板３は、外側から順に、シート
状の隔膜５、多数の孔９を有するシート状の非導電性材
料８、及び多数の孔６を穿設したシート状の電極４を積
層した積層体である。この電極板３は電解槽ａの一端部
１と他端部２とに接着固定され一体になっており、この
一体化によって電解槽ａが構成されている。上記の電極
板３において、多数の孔９を有するシート状の非導電性
材料８は省略することができる（請求項１発明）。多数
の孔９を有するシート状の非導電性材料８と多数の孔６
を穿設したシート状の電極４との孔同士は貫通する孔を
形成するようにほぼ一致させる。図２の（ロ）図はその
電極板３の一部を拡大した斜視図である。

【００１０】本発明では、電解槽ａの中で水を電気分解
するが、この電気分解しようとする水１２は電解質を添
加していない原水であるので、水の電気伝導度が低い。
そのため効率良く電気分解するには隔膜５と電極４との
距離を短くする必要がある。そこで本発明では隔膜５と
電極４を積層し、そして電極４に多数の孔６穿設し、こ
の孔６を通じて電子及びイオンを移動させる方式の電極
板を採用した。

【００１１】電極板３を構成するシート状の電極４は、
シート状の導電性材料で、例えば銅、鉛、ニッケル、ク
ロム、チタン、タンタル、金、白金、酸化鉄、ステンレ
ス、炭素繊維やグラファイト等の板である。このシート
状電極の厚さは０．０１〜５ｍｍであるが、０．０１〜
５ｍｍ程度のチタン板に白金属の金属をメッキしたもの
が好ましい。このシート状の電極には多数の貫通する孔
６が穿孔されている。孔の直径は１〜１０ｍｍで開口率
は３０〜７０％が適当である。また、シート状の電極
は、上記の導電性材料の線状物をネット状に編んだり、
織ったりしたものでもよい。更に枠体に導電性材料の線
状物をすだれ状に捲回したものでもよい。

【００１２】電極板３を構成するシート状の隔膜５は、
通常使用される隔膜としては、例えばポリ弗化ビニル系
繊維、アスベスト、グラスウール、ポリ塩化ビニル繊
維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリエステル繊維、芳香
属ポリアミド繊維等の不織物である。また、例えば骨材
にポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維
等の不織物あるいはポリエチレンスクリーンを用い、膜
材に塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル又はポリ弗化
ビニリデン或はこれらに酸化チタンを混合したものを用
いた隔膜も好ましく使用できる。また特殊な隔膜とし
て、セロファン等の半透膜、更には、陽イオン交換樹脂
膜又は陰イオン交換樹脂膜も使用できる。また、半透膜
と不織布状隔膜、半透膜とイオン交換膜、或はイオン交
換膜と不織布状隔膜というように各種組み合わせて重ね
て使用することによって、強度を高めたり、酸、アルカ
リ、生成するガスに対する耐食性を高めたり、隔膜の透
過性を変えたりすることができる。

【００１３】上記のシート状非導電性材料８は、例えば
ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタ
ン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイ
ロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミ
ド樹脂、塩化ビニール樹脂等の合成樹脂あるいは天然ゴ
ム、ＳＢＲ、クロロプレンゴム等のエラストマー等のシ
ートである。シート状非導電性材料の厚みは０．０１〜
３ｍｍが好ましい。孔の直径は１〜１０ｍｍが好まし
く、開口率は３０〜７０％が好ましい。そして、シート
状電極の孔とシート状非導電性材料の孔とは同じ大き
さ、配置にして、孔同士が重なり合うようにするのが好
ましく、少なくとも両者を貫通する部分があるようにす
る。また、シート状電極４の片側面（隔膜と接する面）
に塗装により形成させた塗膜層でもよい。この場合は、
上記非導電性材料を加熱して溶融したり、溶剤に溶かし
たり、分散液にしたり、粉末にしてシート状電極４に、
シート状の電極４に穿設した孔６を塞がないように塗布
して塗膜層を形成してもよい。水を電気分解すると、電
気分解によって生成する酸素、水素、或は塩素などの気
体が起泡を生じ電極４の孔６を閉鎖して電流を低下させ
たり、また電気分解によって生成する気体が隔膜を劣化
させ、特に隔膜にイオン交換膜や半透膜を使用した場合
は膜の劣化防止に配慮する必要があるが、シート状非導
電性材料を設けるとこれらの支障を少なくすることがで
きる。

【００１４】本発明における、電解槽ａの形状は、円筒
形でも、断面四角形や断面星型の筒状でもよい。この電
解槽ａは、シート状の隔膜５と多数の孔６を穿設したシ
ート状の電極４とを積層して、或はシート状の隔膜５と
多数の孔９を穿設したシート状非導電性材料８と多数の
孔６を穿設したシート状の電極４とを積層して、予めシ
ート状の電極板３を作っておき、この電極板３を電解槽
ａの両端部１と２に取り付けて作成する。またシート状
の隔膜５と多数の孔６を穿設したシート状の電極４を電
解槽ａの両端部１と２に順次取り付けるか、或はシート
状の隔膜５と多数の孔９を穿設したシート状非導電性材
料８と多数の孔６を穿設したシート状の電極４を電解槽
ａの両端部１と２に順次取り付けて作成してもよい。水
の電気電導度は低いので、低電圧で電気分解に必要な電
流を流すためには、シート状電極４とシート状隔膜５の
距離が短い程好ましく、したがって、電極板３の構造
は、シート状隔膜５とシート状電極４とが積層配置され
た構造、或はシート状隔膜５とシート状非導電性材料と
シート状電極４とが積層配置された構造のものが好まし
い。また、電解槽ａの両端部１と２は必ずしも独立した
切り放せる構造でなく、部分的につながったものでもよ
い。

【００１５】本発明の電解質水溶液１１内で電解槽ａの
外に配置する電極７は、例えば銅、鉛、ニッケル、クロ
ム、チタン、タンタル、金、白金、酸化鉄、ステンレ
ス、炭素繊維やグラファイト等の板や棒を用いてもよい
し、それらに白金属の金属をメッキしたものを用いても
よい。

【００１６】本発明において、電気分解すべき水として
は、水道水、工業用水、河川水、海水、雨水、純水、超
純水などが対象となる。また、電解質としては塩化ナト
リウム、塩化カリウムが一般に用いられるが、その他の
例えば硝酸銀、塩化マグネシウムなどの金属塩や水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどのアルカ
リ性物質も用いられ、また、塩酸、硫酸、炭酸、硝酸、
硼酸、リン酸、酢酸、乳酸、蓚酸、酒石酸などの酸性物
質、これらのナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩
などの塩も用いられる。また、塩酸と塩化ナトリウム又
は水酸化ナトリウムと塩化ナトリウムというように酸性
物質と塩、或はアルカリ性物質と塩を組み合わせてもよ
い。この電解質水溶液の濃度は高濃度にする。すなわち
０．１重量％以上の濃度にする。また濃度の上限は電解
質水溶液が流動性を保ち得る範囲である。そして、電気
分解を行なうことにより経時的に電解質の濃度が下が
り、電解効率が低下するので、電解質を補給したり、電
解質水溶液を入れ替えたりする。そのため、電解質水溶
液を収納する貯槽を大きくし、また電解質水溶液の電解
質濃度を高めて電解質の貯蔵量を大きくするほど、長時
間継続して電気分解を行うことができ、目的の水を得る
ことができる。

【００１７】図１及び図２に示した水電気分解装置を用
いて水を電気分解する方法を説明する。ここでは、電解
質水溶液として塩化ナトリウム水溶液を用いた場合につ
いて説明する。電解槽ａの壁面を構成する電極板３の電
極４を例えば陽極にし、電極７を例えば陰極にして直流
電圧を印荷し電流を流して水電気分解を行う。電気分解
を行うと、電流量に比例して、水溶液中のイオンはそれ
ぞれのイオンが有する固有の輸率に応じて移動する。上
記の例で電解槽ａの内壁を構成する電極４が陽極で、電
解槽ａの外に配置した電極７が陰極の場合には、貯槽１
０内の塩化ナトリウムに含まれている陰イオンすなわち
塩素イオンは電極４に引かれて電解槽ａ内に移動する力
が働き、また陽イオンすなわちナトリウムイオンには電
極７が配置された貯槽１０内に留まらせようとする力が
働く。そして、電解槽ａの中の陽極面では酸素ガスや塩
素ガスが生成し、電解槽ａの中の水の水素イオン濃度が
増加し、ｐＨが低くなって酸性となり、酸化還元電位が
高くなる。しかして、入口１５から電気分解すべき水１
２を導入し、そして電気分解された水を出口１６から排
出させる。このようにして、電気分解されることによっ
て生成した酸性で、酸化還元電位が高い水を連続的に取
り出すことができる。電解槽ａの内側の電極４が陰極
で、電解槽ａの外に配置した電極７が陽極ある場合はそ
の逆の現象を示す。また、電解槽ａと貯槽１０との間に
は電解質濃度差があるために濃度勾配を平衡に保とうと
する力も働く。

【００１８】しかして、隔膜として通常の隔膜を使用し
た場合には貯槽１０内の塩化ナトリウム濃度と電解槽ａ
中の塩化ナトリウム濃度との差による拡散現象によっ
て、貯槽１０中の塩化ナトリウムが電解槽ａの水中に溶
出する。そのため、電解槽ａ中の塩化ナトリウム濃度が
高くなる。このように電解槽ａ中の電解質濃度が高くな
っても不都合がない使用目的の場合や、電解質の消費量
が多くても問題ない場合には、通常の隔膜が使用でき
る。

【００１９】また、電解槽ａの内壁の電極４を陽極に
し、電解槽ａの外の電極７を陰極にして電気分解する場
合、電気分解の際の電流量に比例して、貯槽１０内の塩
化ナトリウムに含まれている陰イオンすなわち塩素イオ
ンは貯槽１０から電解槽ａに移動する。貯槽１０の中で
は、塩素イオンが減少すると共に電気分解により水酸イ
オンが増加し、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性物質
が増加する。塩素イオンが存在する間は電気分解により
酸性で酸化還元電位の高い水を製造することができる。
塩素イオンが不足して来ると、電流を運ぶイオンが不足
する結果、電流が流れにくくなる。その場合には、貯槽
１０内に塩化ナトリウムを補給するか、貯槽１０内の塩
化ナトリウムを新しいものに交換する。また、予め塩酸
などの酸性物質を添加した電解質を用いると、電気分解
により精製する水酸イオンが酸によって中和され貯槽１
０の中を酸性に保つことができる。貯槽の中を酸性に保
つと、電解槽内の水から酸性の水を作り易くなり、また
電極にスケールが付着しにくくなる利点がある。また水
酸イオンによるイオン交換膜の劣化を防止できる。本発
明では貯槽１０を大きくし、電解質水溶液の電解質濃度
を高くすることで、長時間にわたって塩化ナトリウムの
補給や交換なしに電気分解を継続することができる。な
お、上記とは逆に、電解槽ａの内壁の電極４を陰極に
し、電解槽ａの外の電極７を陽極にして電気分解を行う
場合は、電解槽ａ内にアルカリ性物質濃度が増加する。

【００２０】本発明の水電気分解装置において、シート
状の隔膜５としてイオン交換膜を使用すると、電解質に
含まれるイオンのうち、特定のイオンだけを選択的にイ
オン交換膜を通過させることが出来るので、目的の水の
製造が容易になる。先ず、隔膜として陰イオン交換膜を
使用した例を説明する。例えば図１及び図２において、
隔膜５として陰イオン交換膜を使用して電極板３を作成
する。この電極板３を用いて電解槽ａを作り、この電解
槽ａの中を電気分解すべき水を通水させる。この貯槽１
０には電解質水溶液として塩化ナトリウム水溶液を満た
す。またこの貯槽１０内に電極７を挿入する。次いで電
解槽ａの電極板３のシート状電極４を陽極とし、貯槽中
の電極７を陰極として直流電流を流して電気分解をす
る。この場合には、陽極面では酸素ガスと塩素ガス及び
水素イオンが生成し、陰極面では水素ガス及び水酸イオ
ンが生成する。貯槽１０の水中に含まれている塩素イオ
ンなどの陰イオンは電気分解とともに陰イオン交換膜５
を通過して電解槽ａの中に移動するが、陽イオンのナト
リウムイオンは透過できず貯槽１０内にとどまる。その
結果、電解槽ａ中の水１２は酸性となり、酸化還元電位
値は高くなり、電気分解を充分行なうと、ｐＨ値が低い
強酸性を呈し、高いプラスの酸化還元電位を持ち、しか
もナトリウムイオンを含有しない水が得られる。また、
この方法によると電解槽ａ内から塩化ナトリウムが溶出
しないので、塩化ナトリウムの消費量を抑えることがで
きる。電解質として塩酸或は塩化ナトリウムと塩酸との
混合物を用いると、貯槽１０を酸性に保ったまま、電解
槽ａの水からｐＨが低い強酸性で、酸化還元電位が高い
プラスである水を容易に製造できる。

【００２１】ｐＨ値が２．７以下で、酸化還元電位が１
０００ｍＶ以上を呈する水は、例えば、病原性大腸菌
「Ｏ−１５７」、耐性菌「ＭＲＳＡ」、感染症を引き起
こす「レジオネラ菌」、水道水の汚染が問題となってい
る病原性微生物「クリプトスポリジウム」、植物に有害
な「ウドンコ病」、芝の病気をおこす「リゾクトニア」
等々、多くの細菌やウイルスに対して有効な殺菌効果を
示すことが知られており、農業、畜産向けの殺菌剤とし
て、また医療用の殺菌消毒剤として、或は皮膚疾患の治
療薬として使用される。

【００２２】次に、隔膜として陽イオン交換膜を使用し
た例を説明する。例えば図１及び図２において、隔膜５
として陽イオン交換膜を使用して電極板３を作成する。
この電極板３を用いて電解槽ａを作り、この電解槽ａの
中を電気分解すべき水を通水する。貯槽１０には電解質
水溶液として塩化ナトリウム水溶液を満たす。この貯槽
１０に電極７を挿入する。次いで電解槽ａの電極板３の
シート状電極４を陰極とし、貯槽中の電極７を陽極とし
て直流電流を流して電気分解をする。この場合には、陽
極面では酸素ガスと塩素ガス及び水素イオンが生成し、
陰極面では水素ガス及び水酸イオンが生成する。貯槽１
０の中のナトリウムイオンは、電気分解と共に陽イオン
交換膜５を透過して電解槽ａ側に移動するが、塩素イオ
ンなどの陰イオンは透過できず貯槽１０内に留まる。そ
の結果、電解槽ａの水１２はアルカリ性となり、酸化還
元電位は低くなる。電気分解を充分行なうと、ｐＨ値は
高い強アルカリ性を呈し、酸化還元電位は低いマイナス
を示す水が製造される。

【００２３】ｐＨ値が１１以上で酸化還元電位が−８０
０ｍＶ以下を呈する水は、強い還元力を有し、細菌やウ
イルスに対してある程度の殺菌効果を示すことが知られ
ており、野菜の殺菌等に利用されている例が報告されて
いる。また、ｐＨ値が８〜１０の弱アルカリ性の水は、
アルカリイオン水として、美味しい飲料水として市販さ
れている。また、最近の研究では、アルカリイオン水
は、癌発生の原因の一つである活性酸素を含まない健康
に良い水として注目されている。さらに、電解質として
カルシウムを含有する乳酸カルシウム等を使用すると、
カルシウムイオンがアルカリイオン水の中に溶出し、人
体の骨の形成に必要なカルシウムが多く含まれる水を作
ることが出来る。

【００２４】図３の（イ）図は、本発明の水電気分解装
置の他の態様を示した概略図で、図３の（ロ）図は電極
板の一部を拡大した断面図である。図３の（イ）図にお
いて、１０は貯槽で電解質水溶液１１が満たされてい
る。ａは箱型の電解槽であり、貯槽１０の壁の一部に開
けた孔の部分に接続している。そしてこの接続面は電極
板３で区切られている。この電極板３は図３の（ロ）図
に示す構成を有し、シート状の隔膜５、多数の孔９を有
するシート状の非導電性材料８、及び多数の孔６を穿設
したシート状の電極４の積層体である。電極４は電解槽
ａ側に位置し、したがって電解槽ａの外側壁の隔膜５部
分は貯槽１０内の電解質水溶液１１と接している。そし
て、７は電解槽ａの外側に配置した電極で、貯槽１０の
中に配置されている。電解槽ａの電極４と貯槽１０の中
の電極７との間に直流電流を流して電気分解を行う。そ
れと同時に電解槽ａの入口１７から電気分解すべき水１
２を導入する。水１２は電気分解され、酸性水或はアル
カリ水となる。この電気分解された水は出口１８から連
続的に取り出され、所定の用途に使用される。この態様
においても、隔膜５として陰イオン交換膜や陽イオン交
換膜を使用することができる。電解槽ａは２個以上設け
てもよい。

【００２５】図４の（イ）図は、本発明の水電気分解装
置の他の態様を示した概略図で、図４の（ロ）図は電極
板の一部拡大断面図である。１０は貯槽である。この貯
槽１０には電解質溶液１１が満たされている。ａは電解
質水溶液１１の中に挿入された円筒状容器の形状の電解
槽であり、その一部は電極板３で構成されている。この
電極板３は図４の（ロ）図に示す構成を有している。７
は電解槽ａの外側に配置した電極で、貯槽１０の中に配
置されている。電解槽ａの電極４と貯槽１０の中の電極
７との間に直流電流を流して電気分解を行う。電解槽ａ
内には電気分解すべき水１２が満たされている。この電
解槽ａ内の電気分解されるべき水は、バッチ式に供給、
排出してもよいが、電気分解すべき水１２を導入管１３
から導入し、排出管１４から排出するような通水式にし
てもよい。電解槽ａの壁面を構成する電極板３の電極４
を例えば陽極にし、電極７を例えば陰極にして直流電圧
を印荷し電流を流して水電気分解を行う。それと同時に
電解槽ａの導入管１３から電気分解すべき水１２を電解
槽ａ内に流入させる。水１２は電気分解され、酸性水或
はアルカリ水となる。この電気分解された水は排出管１
４から連続的に取り出し、所定の用途に使用する。この
態様においても、隔膜５として陰イオン交換膜や陽イオ
ン交換膜を使用することができる。また、電解槽ａは２
個以上設けてもよい。

【００２６】上記の各態様では、電解槽ａの外側に配置
する電極を、電解槽ａと離して配置したが、この電解槽
ａの外側に配置する電極を、電解槽ａを構成する電極板
に組み込んでもよい。図５はその一例を示した断面図
で、図４に示すと同様な態様の水分解装置に使用する電
解槽を示したものである。ａは円筒状容器の形状の電解
槽である。１９は電解槽ａの底部、２０は電解槽ａの上
部である。３は電解槽ａの中間部の壁面を構成する電極
板である。この電極板３は、内側から順に、多数の孔６
を穿設したシート状の電極４と多数の孔９を穿設したシ
ート状の非導電性材料８とシート状の隔膜５と多数の孔
２４を穿設したシート状の非導電性材料２２と多数の孔
２３を穿設したシート状の電極２１との積層体である。
この最も外側に位置する多数の孔２３を穿設したシート
状の電極２１が、上記の各態様における電極７の作用を
なす。したがって、上記の電極板を用いると上記各態様
において電極７を配置する必要がない。この多数の孔を
穿設したシート状の電極２１は、多数の孔を穿設したシ
ート状の電極４と同じものでよい。なお、上記の多数の
孔を穿設した非導電性材料どちらか一方又は双方を省略
してもよい。この電極板については、特開平８−２７６
１８４号公報、特願平９−６３２２号に詳しく説明され
ている。この電極板を使用すると電極と隔膜の距離が極
端に狭くなり、また電気分解時に電極と隔膜との間に気
体が発生することがなく、したがって気泡が電流を阻害
することが無くなり、大変都合が良い。

【００２７】また、上記の各態様において、貯槽１０を
大きくして、２個以上の電解槽ａを貯槽内に配置しても
よい。その際、貯槽１０内に配置する複数の電解槽ａが
同じ種類の水を得る電解槽である場合、すなわち共に酸
性水を得る電解槽或は共にアルカリ水を得る電解槽の場
合には、電極７は共有してもよいし、別個に設けて電極
の数を増やしてもよい。一方、例えば、貯槽１０内に２
個の電解槽を配置し、片方の電解槽では酸性水を得、他
方の電解槽ではアルカリ水を得ようとする場合には、片
方の電解槽の電極は陽極とし、他方の電解槽の電極は陰
極とするので、電極７は必要としない。図６はその水電
気分解装置の一例の概略図である。電解質水溶液が満た
され貯槽１０内に電解槽ａと電解槽ａ’を配置する。電
解槽ａと電解槽ａ’は同じ構造で、共に図４でのべたと
同様の構造のものである。電解槽ａにおいては、電気分
解すべき水１２は導入管１３から入り、電気分解されて
排出管１４から排出される。また、電解槽ａ’において
は、電気分解すべき水１２は導入管１３’から入り、電
気分解されて排出管１４’から排出される。そして、電
解槽ａの電極４を陽極にし、電解槽ａ’の電極４’を陰
極にして直流電流を流す。それぞれの電解槽で電気分解
が行われ、電解槽ａの排出管１４からは酸性水が取り出
され、一方電解槽ａ’の排出管１４’からはアルカリ水
が取り出される。

【００２８】

【実施例】

実施例１図３に示す水電気分解装置を用いた実施例を説明する。
縦が３０ｃｍ、横が２２ｃｍ、高さが２２ｃｍのプラス
チック製貯槽１０の一側面に縦１４ｃｍ、横６ｃｍの孔
を開け、そこに縦１５ｃｍ、横７ｃｍ、深さ３ｃｍの箱
型の電解槽ａを取り付けた。貯槽１０と電解槽ａとは電
極板３で仕切った。この仕切るとき、電極板３の電極４
が電解槽ａ側に、またその隔膜５が貯槽側に位置するよ
うにした。電極板３は次のようにして作成した。すなわ
ち、縦１４ｃｍ、横６ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン板
に直径１．５ｍｍの孔をほぼ全面にわたって穿設した。
このときの開口率は５１％であった。この多数の孔６を
穿設したチタン板に厚さ０．７μｍの白金メッキを施し
て電極４をつくり、この電極４の隔膜５に接する側に非
導電性材料であるポリ塩化ビニル系樹脂層８を塗装によ
って設けた。この塗装のとき、チタン板に穿設した孔を
塞がないようにした。隔膜５にはシート状の陰イオン交
換膜（旭化成（株）製「Ａ−５０１」）を用いた。この
ポリ塩化ビニル層８を設けた電極４と隔膜とを積層して
電極板３を作成した。

【００２９】貯槽１０内に濃度３重量％以上の高濃度塩
化ナトリウム水溶液を満たし、この中にステンレススチ
ール製の電極７を配置した。電解槽ａの入口から水道水
（ｐＨ７．７９、酸化還元電位（ＯＲＰ）６４０ｍＶ）
を９００ｃｃ／分の割合で流入させ、出口１８から排出
させた。そして、電極４を陽極にし、電極７を陰極にし
て１２ボルトの直流電圧を印荷し、１５．３アンペアの
電流を流して電気分解を行なった。出口からｐＨ２．４
４、酸化還元電位１２００ｍＶの酸性水が排出された。

【００３０】この結果から、原水の水道水には電解質が
添加されておらず、水の電気抵抗が高くて通常の電気分
解方法では高い電圧を必要とする条件であるにもかかわ
らず、隔膜５と電極４が積層された本発明の電極板３を
用いたことにより、比較的低電圧で効率よく電気分解が
行なえることがわかった。この理由は、本発明の電極板
３の特徴である隔膜５と電極４の距離が極端に短く、電
気抵抗が少ないことと、電気分解する過程で貯槽１０の
中に蓄えられている塩化ナトリウムに含まれている塩素
イオンは、電子を運びながら陰イオン交換膜を通過し
て、電解槽ａ側に移動し、電極４の面における電気分解
反応を活発にしているためである。

【００３１】実施例２図４に示す水電気分解装置を用いた実施例を説明する。
直径１１ｃｍ、高さ１５ｃｍのガラス製のビーカーを貯
槽１０として使用した。この貯槽１０の中に電解質水溶
液１１を満した。この電解質水溶液１１の中に電解槽ａ
とステンレス（ＳＵＳ３１６）板製の電極７を配置し
た。電解槽ａは直径５ｃｍのプラスチック製の円筒の一
部が電極板３で構成されている。電極板３の電極板４を
陽極にし、電極７を陰極にして直流電圧を印荷し、電解
槽ａの中を電気分解させるべき水１２を通水させて電気
分解を行なった。この電極板３の電極４は電解槽ａ側に
位置させ、隔膜５は貯槽１０側に位置させた。電極４は
直径５ｃｍ、高さ２．８ｃｍの円筒型で面積は４４ｃｍ
²で、厚さ０．１ｍｍのチタン板に、直径１．５ｍｍの
孔をほぼ全面にわたって穿設した。この時の開口率は５
１％であった。この多数の孔を穿設したチタン板に、厚
さ０．７ミクロンの白金メッキを施して電極４をつく
り、更に隔膜に接する側には非導電性材料であるポリ塩
化ビニール系の樹脂層８を塗装によって設けた。隔膜５
にはシート状の陰イオン交換膜（旭化成工業（株）製の
「Ａ−５０１」）を用いた。この電極と非導電性材料と
隔膜を積層して電極板３を作成した。

【００３２】貯槽１０に、塩化ナトリウム１８ｇと濃度
３５％の塩酸１０ｃｃを混合した塩酸酸性の電解質を水
６００ｃｃの中に溶かして調製した電解質水溶液１１を
満たした。電極板３と電極７は電解質水溶液１１に浸っ
た状態とした。電解槽ａの導入管１３から水道水（ｐＨ
７．５７、酸化還元電位７６３）を３４０ｃｃ／分の割
合で流入させ、排出管１４から取り出すようにした。そ
して、電極４を陽極にし、電極７を陰極にして、８ボル
トの直流電圧を印荷し、６．１アンペアの電流を流して
電気分解を行い、排出管１４から１２リットルの水を取
り出し、この水を水槽に溜めた。この水のｐＨは２．４
９、酸化還元電位は１１９８ｍＶであった。

【００３３】実施例３実施例２と同じ水電気分解装置を用いて水電気分解を行
った。この例では、電解質水溶液として、濃度３５％の
塩酸５０ｃｃを水５５０ｃｃに溶かして調製した電解質
水溶液を用いた。電解槽ａの導入管１３から水道水（ｐ
Ｈ７．３５、酸化還元電位７６５）を３４０ｃｃ／分の
割合で流入させ、排出口１４から取り出すようにした。
そして電極４を陽極にして、電極７を陰極にして、８ボ
ルトの直流電圧を印荷し、６．０アンペアの電流を流し
て電気分解を行い、排出管１４から１２リットルの水を
取り出し、この水を水槽に溜めた。この水のｐＨは２．
５６、酸化還元電位は１１９７ｍＶであった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の水電気分解装置は、構造が簡素
化されており、コストが安く、しかも目的とする水、す
なわち酸性水又はアルカリ水を効率的に製造できる。そ
して、貯槽中に電解質水溶液を蓄えておき、その電解質
水溶液に接するように、壁面を電極板で構成した電解槽
を配置させた構造としたために、電気分解装置の設計製
作がいたって簡単である。また電解質水溶液を電解質消
費量に比し多量に蓄えられるので電解質水溶液の管理が
軽減される。また、隔膜にイオン交換膜を使用すると、
電解質の溶出を減少できるので、更に有利である。更に
従来の水電気分解方法では、酸性水、アルカリ水が同時
に生成し、所望の性質の水以外の水もほぼ同量生成して
しまったが、本発明の電気分解装置を用いて水を電気分
解すると、貯槽内に目的とする水を得るのに必要な電解
質が存在する間は、酸性水或はアルカリ水のみを得るこ
とができるので大変便利である。また小型化できるので
据付け場所を取らない有利性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水電気分解装置の一例の概略図

【図２】本発明の水電気分解装置に用いる電解槽の断面
図

【図３】本発明の水電気分解装置の他の例の概略図

【図４】本発明の水電気分解装置の他の例の概略図

【図５】本発明の水電気分解装置に用いる電解槽の他の
例の断面図

【図６】本発明の水電気分解装置の他の例の概略図

【符号の説明】

ａ、ａ’ 電解槽、１，２電解槽の端部、３電極
板、４，２１シート状電極、５シート状隔膜、６，
２３シート状電極の孔、７電極、８，２２シート
状非導電性材料、９，２４シート状非導電性材料の
孔、１０貯槽、１１電解質水溶液、１２電気分解す
る水、１９電解槽の底部、２０電解槽の上部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質水溶液を収納した貯槽と、該貯槽内
に配置した電極と、該貯槽内の電解質水溶液と外側壁が
接するように配置した電解槽とからなる水電気分解装置
であって、該電解槽は壁面の全部又は一部が電極板で構
成され、この電極板は外側から順にシート状の隔膜と多
数の孔を有するシート状の電極を積層した電極板である
ことを特徴とする水電気分解装置。
【請求項２】電解質水溶液を収納した貯槽と、該貯槽内
に配置した電極と、該貯槽内の電解質水溶液と外側壁が
接するように配置した電解槽とからなる水電気分解装置
であって、該電解槽は壁面の全部又は一部が電極板で構
成され、この電極板は外側から順にシート状の隔膜、多
数の孔を有するシート状の非導電性材料及び多数の孔を
有するシート状の電極を積層した電極板であり、且つ非
導電性材料と電極板の孔とは貫通していることを特徴と
する水電気分解装置。
【請求項３】隔膜が陰イオン交換膜であることを特徴と
する請求項１又は２記載の水電気分解装置。
【請求項４】隔膜が陽イオン交換膜であることを特徴と
する請求項１又は２記載の水電気分解装置。
【請求項５】請求項１又は２記載の水電気分解装置の電
解槽の中に電気分解すべき水を通水し、電解槽を構成す
る電極板の電極と貯槽内に配置した電極に直流電圧を印
荷し、電流を流すことを特徴とする水電気分解方法。
【請求項６】請求項３記載の水電気分解装置の電解槽の
中に電気分解すべき水を通水し、電解槽を構成する電極
板の電極を陽極とし、貯槽内に配置した電極を陰極とし
て直流電圧を印荷し、電流を流すことを特徴とする水電
気分解方法。
【請求項７】請求項４記載の水電気分解装置の電解槽の
中に電気分解すべき水を通水し、電解槽を構成する電極
板の電極を陰極とし、貯槽内に配置した電極を陽極とし
て直流電圧を印荷し、電流を流すことを特徴とする水電
気分解方法。